新設(shè)計(jì)讓計(jì)算和存儲(chǔ)器結(jié)合更緊

　　據(jù)處于業(yè)界先導(dǎo)地位的《電子工程專(zhuān)輯》（EET）網(wǎng)站近日消息，科學(xué)家們提出，是時(shí)候改變傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)了，他們?cè)O(shè)計(jì)的新架構(gòu)可以讓計(jì)算和存儲(chǔ)器緊密結(jié)合在一起，使設(shè)備更加智能化，最終可讓人工智能（AI）從云端擴(kuò)展到手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品。

　　馮·諾依曼處理器的基本架構(gòu)特征是“共享數(shù)據(jù)和串行執(zhí)行”的計(jì)算機(jī)模型。按照這種架構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)放在共享存儲(chǔ)器內(nèi)，CPU取出指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。也就是說(shuō)，存儲(chǔ)器和處理器相互分離，通過(guò)總線相連。在過(guò)去幾年中，通過(guò)以更高的速度在總線上傳輸越來(lái)越多數(shù)據(jù)，馮·諾伊曼架構(gòu)計(jì)算機(jī)的速度飛快提升。

　　但是，CPU與共享存儲(chǔ)器間的信息通路——總線數(shù)據(jù)的吞吐量制約了計(jì)算機(jī)速度，造成了所謂的“馮·諾伊曼瓶頸”。此前在并行計(jì)算機(jī)架構(gòu)及處理方面的研究已使計(jì)算速度有了很大提高，但就本質(zhì)而言，還無(wú)法克服馮·諾依曼機(jī)架構(gòu)上的缺陷。

　　此次，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，為了滿足今天的數(shù)據(jù)密集任務(wù)，是時(shí)候改變傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)了。在日前舉行的“國(guó)際固態(tài)電路研討會(huì)”（ISSCC）上，該團(tuán)隊(duì)提出了全新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，能將計(jì)算和存儲(chǔ)器更緊密地結(jié)合在一起。

　　他們基于現(xiàn)有材料，以新方式使用圍繞存儲(chǔ)單元陣列的模擬控制電路，其不是將數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器，而是編程這些模擬電路以運(yùn)行簡(jiǎn)單的AI算法。團(tuán)隊(duì)表示，這并不是完全取代處理器，而是給存儲(chǔ)器增加額外的功能，使得設(shè)備在無(wú)需消耗更多電力的情況下，變得更為智能。

　　工程師們認(rèn)為，如果要做到讓AI從云端延伸到消費(fèi)電子設(shè)備，那這一行業(yè)必須采用全新的設(shè)計(jì)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的架構(gòu)將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移到處理器這一過(guò)程雖然非常簡(jiǎn)單，卻需要消耗大量電力，能耗是運(yùn)行計(jì)算所需能耗的10倍到100倍。